土木工程中的灾害－－－地震灾害

土木工程中的灾害－－－地震灾害 山东科技大学王清标 2008.11.22 山东科技大学

引言 　灾害（Disaster）：是指那些由于自然的、社会的或自然与社会组合的原因，对人类的生存和社会的发展造成损害的各种现象。联合国公布了二十世纪全球最具危害性的十项灾害：“地震灾害”、“风灾”、“水灾”、“火灾”、“火山喷发”、 “海洋灾难”、“生物灾难”、“地质灾难”、 “交通灾难”、“环境污染”。地震灾害居首位山东科技大学

一、地震相关知识 1、地震(Earthquake) 地震：是地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生地震波，在一定范围内引起地面振动的现象。人类生活的地球表面虽然很平稳，但是地壳运动时时刻刻都在进行，其运动变化虽然缓慢，日积月累后就会在地壳内部产生很大的内应力，应力达到一定的程度就可能在地壳最薄弱处发生突然断裂或错动，应力突然释放，造成地球表层的快速振动，形成地震。（在我国古代，地震又称为地动。）山东科技大学

2、震级(Earthquake Magnitude) 震级：是指地震规模的大小，是表征地震强弱的标度，是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。目前国际上通用的震级标准是里氏分级标准，共分10个等级。用符号Ml来表示。震级每相差1.0级，能量相差31.5倍；每相差2.0级，能量相差约1000倍。比如说，一次里氏5级地震所释放的能量为2×1019erg(尔格），相当于在花岗岩中爆炸2万吨TNT炸药；一次里氏6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量。通常把小于2.5级的地震叫小地震，2.5-4.7级地震叫有感地震，大于4.7级地震称为破坏性地震。山东科技大学

3、地震烈度(Earthquake Intensity)地震烈度：是某地区各类建筑物遭受一次地震影响的强烈程度。是衡量地震的破坏程度的另一把“尺子”。目前主要是根据地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破损程度和地貌变化特征等宏观现象来判定划分的。同样大小的地震，造成的破坏不一定相同；同一次地震，在不同的地方造成的破坏也不一样。因此，一次地震虽然只有一个震级，但是却有很多个烈度。山东科技大学

4、地震波(Earthquake Wave)地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这就是地震波。根据在地壳中的传播的路径不同，地震波可以分为体波和面波。（1）体波：在地球内部传播的地震波称为体波。当质点的振动方向与波的传播方向一致时称为纵波（P波）；当质点的振动方向与波的传播方向垂直时称为横波（S波）。（2）面波：沿地表或地壳不同地质层面传播的地震波称为面波。面波是体波经地层界面多次反射、折射所形成的次生波，它又分为瑞利波（R波）和乐夫波（L波）。山东科技大学

二、地震发生概况 1、全球地震发生概况：据统计，世界上每年要发生数百万次地震，人们对许多小地震并无感觉，只有仪器才能测量到。地震并不遍及全世界，主要集中在两个大地震带上：（1）环太平洋地震带：包括南美洲太平洋沿岸和阿留申群岛、堪察加半岛，经日本列岛南下至我国台湾，再经菲律宾群岛直到新西兰。（约占全球所有地震释放能量的76％）（2）欧亚地震带：从印尼西部经缅甸至喜马拉雅山区，越过帕米尔高原，经中亚细亚到地中海及其附近一带。（约占全球地震释放能量的22％）山东科技大学

2、我国地震发生概况： 我国正好介于两大地震带之间，东部处于环太平洋地震带，西部和南部处于欧亚地震带，是世界上地震活动最强烈、地震灾害最严重的国家之一。（1）地震灾害严重：中国占全球陆地面积的7%，但20世纪全球大陆35%的7.0级以上地震发生在中国；20世纪全球因地震死亡120万人，中国占59万人。（2）地震区域广阔：中国大陆大部分地区位于地震烈度Ⅵ度以上区域；50%的国土面积位于Ⅶ度以上的地震高烈度区域，包括23个省会城市和2/3的百万人口以上的大城市。我国台湾省大地震最多，新疆、西藏次之，西南、西北、华北和东南沿海地区是破坏性地震较多的地区。山东科技大学

三、地震发生机理 地震分为两大类：天然地震和人工地震。分析其发生机理，可以归纳为以下5种：1、构造地震由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，到地面引起的天摇地动称为构造地震。这类地震发生的次数最多，破坏力也最大，约占全世界地震的90%以上。2、火山地震　　由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震。只有在火山活动区才可能发生火山地震，这类地震只占全世界地震的7%左右。山东科技大学

3、塌陷地震由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少，即使有，也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。3、塌陷地震由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小，次数也很少，即使有，也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。 4、诱发地震由于水库蓄水、深井中进行高压注水、油田注水等活动而引发的地震称为诱发地震。这类地震仅仅在某些特定的水库库区或油田地区发生。5、人工地震人工地震是由人为活动引起的地震。如地下核爆炸、工业爆破造成的地面振动。山东科技大学

四、地震对土木工程的危害 1、地震破坏机理地震发生时,首先是从震源发生2个地震波：P波（纵波）跟S波（横波）。山东科技大学

地震时人们往往会首先感觉到的小小的晃动、然后是大的晃动开始。（？）离震源越远这个间隔就越长。 地震波的传播速度以纵波最快，横波次之，面波最慢；而地震波的振幅则恰好相反，纵波的振幅最小，横波的振幅较大，面波的振幅最大。在震中区，地震波直接入射地面，横波表现为左右摇晃，纵波表现为上下跳动。地震时地面运动会使土木工程结构受到多次反复的水平和竖向的地震荷载作用，如果房屋、道路、桥梁经受不住这种地震荷载，轻者会震裂，重者会扭曲或倒塌；地震还会造成地裂、地陷、山崩、滑坡、塌方、地面冒水、喷沙等地质灾害。山东科技大学

2、地震对土木工程的危害 （一）房屋（二）道路（三）桥梁山东科技大学

（一）房屋结构破坏现象 1、房屋的长轴与地震荷载方向垂直时，易受震害。倾斜山东科技大学

倾倒山东科技大学

2、一幢房屋的两个不同部分连在一起时，可能在连接处断裂。2、一幢房屋的两个不同部分连在一起时，可能在连接处断裂。摧毁城镇和乡村山东科技大学

山东科技大学

3、房屋的自震周期与地震时地面运动的周期相近时，会使房屋受到巨大破坏。粉碎性崩溃山东科技大学

粉碎性崩溃 山东科技大学

4、房屋窗间墙或窗下墙出现交叉裂缝、水平错位。山东科技大学

5、房屋的底部支撑“软”时，易受震害 底层失效山东科技大学

底层失效 山东科技大学

地基液化，承载力降低，位于其上的工程设施倾斜、开裂或倾倒。地基液化，承载力降低，位于其上的工程设施倾斜、开裂或倾倒。山东科技大学

6、连续墙体震松与X裂缝 横向连续墙体震松与X裂缝山东科技大学

横向连续墙体X裂缝 山东科技大学

纵向连续墙体X裂缝 纵向连续墙体X裂缝纵向连续墙体X裂缝纵向连续墙体X裂缝山东科技大学

纵向连续墙体X裂缝，顶层墙角局部塌落，圈梁折断破坏纵向连续墙体X裂缝，顶层墙角局部塌落，圈梁折断破坏山东科技大学

7、两幢房屋靠得太近时会在地震时互撞而破坏7、两幢房屋靠得太近时会在地震时互撞而破坏山东科技大学

地震引起建筑物破坏总结分析： • 地震引起的建筑物破坏大体可以分为两大类：一、振动破坏：地震时地面运动引起建筑物振动，产生惯性力，不仅使结构内力增大很多，而且往往使其受力性质也发生改变，使得结构构件连接不牢、节点破坏、结构变形过大、支撑系统失效等，导致结构承载力不足而破坏。二、失稳破坏：地震引起地裂、地陷、滑坡和地基土液化等而导致地基开裂、滑动或不均匀沉降，使得地基失效，承载力降低，丧失稳定性，造成建筑物整体倾斜、拉裂或倒塌。山东科技大学

（二）道路震害破坏现象 1、道路掩埋、损坏，交通中断山东科技大学

道路掩埋、损坏，交通中断 山东科技大学

道路堵塞，交通中断 山东科技大学

2、路面破坏现象 路面挤拱山东科技大学

路面拉裂 山东科技大学

桥梁护栏剪切破坏 山东科技大学

路面坍塌断裂 山东科技大学

路面塌陷 山东科技大学

路面断裂、路基严重损毁 山东科技大学

路面扭曲变形，行驶车辆受损，造成交通堵塞。路面扭曲变形，行驶车辆受损，造成交通堵塞。山东科技大学

铁路路轨扭曲变形，交通中断 山东科技大学

（三）桥梁震害现象 主梁坠落，桥体断裂塌落山东科技大学

主梁坠落，桥体断裂塌落 山东科技大学

桥墩损坏，桥体断裂塌落 山东科技大学

土木工程中的灾害 －－－ 地震灾害